JPH06181895A

JPH06181895A - 生体用電極

Info

Publication number: JPH06181895A
Application number: JP5230435A
Authority: JP
Inventors: Toshiki Ikeda; 敏喜池田; Yoshikazu Kobayashi; 由和小林; Shuichi Sasahara; 秀一笹原; Takashi Azuma; 孝東; Kenji Fujita; 健二藤田
Original assignee: Sekisui Plastics Co Ltd; NEC Avio Infrared Technologies Co Ltd
Current assignee: NEC Avio Infrared Technologies Co Ltd; Sekisui Kasei Co Ltd
Priority date: 1992-09-16
Filing date: 1993-09-16
Publication date: 1994-07-05
Also published as: EP0588238A2; KR940007118A; EP0588238B1; CA2106289C; CA2106289A1; US5421982A; TW259806B; JPH06181896A; DK0588238T3; EP0588238A3; JP2812863B2; JPH06181897A; JPH06181894A; DE69310298T2; DE69310298D1; KR100269039B1

Abstract

(57)【要約】【構成】生体用電極６に用いられる導電性高分子ゲル
１は、電極素子３と皮膚とを電気的に接合するものであ
り、アクリルアミドモノマー、Ｎ，Ｎ’−メチレンビス
アクリルアミド、水、グリセリン、および塩化ナトリウ
ム等を含むモノマー配合液を重合架橋したものからなっ
ている。【効果】生体用電極６は、導電性高分子ゲル１に含ま
れるアクリルアミド構成ポリマーが水溶性であると共に
非電解質であるため、電極素子３との電気的な接合性が
良好になってインピーダンスが低下したものになると共
に、グリセリンが導電性高分子ゲル１の乾燥性を低下さ
せ、乾燥に伴うインピーダンスの増大を防止している。
したがって、生体用電極６は、生体電気現象の高精度な
測定を長時間にわたって行うことが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生体表面（以下、皮膚
という）に貼着することによって、心電図、筋電図、脳
波等の生体電気信号を導出すること、あるいは外部電気
信号（低周波等）を皮膚を通して体内に導入するための
生体用電極に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、医学分野においては適切な治療を
行うために、心電図、筋電図、脳波等生体電位を測定し
たり、体内へ電気信号を送り込むことによって電気的な
治療を施すことが多くなっている。そのため生体と外部
装置との間に介在させる媒体としての生体用電極が重要
な役割を担っている。

【０００３】上記の生体用電極は、例えば生体電位を測
定する場合、微弱な電気信号を効率良く取り出して心電
計等に誘導するため、生体の一部に直接的に接触させる
ことが必要になっている。ところが、外部装置に接続さ
れる電極素子を生体の皮膚に直接接触させただけでは、
電極素子と生体とが電気的に接合されず、電極素子と皮
膚との不安定な接触による複雑な電位やインピーダンス
が生じるため、生体電気信号を精度良く測定することが
できない。

【０００４】そこで、通常、上記の生体用電極は、皮膚
への刺激性がないと共に、生体用電極を皮膚に密着させ
ることによって安定した電気信号を生体から外部装置に
誘導可能な導電性高分子材料を介して取り付けられるよ
うになっている。

【０００５】従来、導電性高分子材料には、例えば脂肪
酸等の油分と水分とを混合して乳化した導電性クリーム
や、ポリビニルアルコール等の水糊に電解質塩を含ませ
たペースト（ウエットゲル）が用いられてきた。

【０００６】しかしながら、これらの導電性高分子材料
は、通常皮膚へ付着して使用するため、塗布厚みを均一
化させる煩わしさ、生体用電極の再使用や、ペースト等
が皮膚に残留することによる不快感、さらに、乾燥によ
る精度の低下等の問題を有していた。また、ペースト等
を予めスポンジ等に含浸させ、生体用電極として一体化
させた使い捨て電極も用いられているが、やはり、ペー
スト等が皮膚に残留したり、経時的に乾燥によって測定
精度が悪くなるという問題を有していた。

【０００７】これらの問題を解決するために、従来のク
リーム、ペーストに代わる新しい導電性高分子材料とし
て、保形性を有し、予め所定の厚みおよび形状に形成し
て生体用電極と一体化して使い捨てにできる導電性高分
子ゲルが用いられるようになった。

【０００８】この導電性高分子ゲルは、構成ポリマーが
親水性で水に溶ける必要性と導電性の必要性から、安易
に電解質系のポリマー基材で実用が進められ、その代表
的な基材としてアクリル酸ナトリウム系が使用されてい
る。この導電性高分子ゲルは、保形性を有しているた
め、予め所定の厚みおよび形状に形成しておくことがで
き、電極エレメントと一体化された生体用電極として使
用される。そのため、塗布作業の煩わしさがなく、使い
捨てができるため、便利な生体用電極となっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来実
用化されているアクリル酸ナトリウム系の導電性高分子
ゲル、および、これらを用いた生体用電極は、下記のよ
うな問題を有している。

【００１０】つまり、例えば心電図を測定する場合の心
電図信号の電流経路は、心臓内起電力→生体内組織→皮
膚→導電性高分子ゲル→電極素子→リード線→心電計内
の増幅器→リード線→電極素子→導電性高分子ゲル→皮
膚→生体内組織→心臓内起電力となっている。この際、
生体から導電性高分子ゲルまでの電流は、イオンの移動
によって生じているが、電極素子から増幅器までの電流
は、自由電子によって生じているので、電極素子と導電
性高分子ゲルとの界面でイオンと自由電子との交換が行
われるている。

【００１１】導電性高分子ゲルの導電性能は、ゲル中の
電解質量と電解質を安定化させることの可能な溶媒の量
に依存するが、電解質系の基材により構成された導電性
高分子ゲルは、ポリマー基材中に電解質塩類を添加する
ことが困難であり、また、溶媒を増やした場合、乾燥に
よるインピーダンスの変化（経時的精度の悪化）が起こ
り、経時的安定性の良い低インピーダンスのゲル体を得
ることが不可能であった。

【００１２】さらに、この導電性高分子ゲルは、親水性
であるが、高分子が電解質系の導電性である。従って、
電極素子と組み合わせて生体用電極とした場合には、ゲ
ル体と素子の界面に電気的な反発が生じ、接触インピー
ダンスが増大し、生体用電極が高インピーダンスにな
り、生体電気現象の高精度な測定が困難となる。

【００１３】そこで、特開昭５６−１５７２８号公報に
は、非電解質のポリアクリドアミド系高分子中に、グリ
セリンと塩化ナトリウムの導電性物質７０重量％が含有
された導電性材料が開示されている。しかしながら、こ
の導電性材料は、水等の低粘度の液体の含有がなく、硬
く、インピーダンスが大きなものであると考えられる。

【００１４】また、特開昭６１−２２８３９号公報に
は、非電解質系の基材から形成されたマトリクスを用い
たものとして、ポリアクリルアミド中に、シュークロー
スと多量の水を含有させたアクリルアミド／シュークロ
ース系マトリクスの導電性高分子ゲルが開示されてい
る。この導電性高分子ゲルは、非電解質であり、保形性
があって柔軟であるから、生体用電極に用いた場合に
は、生体用電極素子との電気的な接合性が良好となって
インピーダンスを低下させることが可能である。

【００１５】ところが、この導電性高分子ゲルの生体用
電極では、シュークロースが水分の蒸発を充分に抑制す
ることができないため、乾燥によるインピーダンスの増
大を比較的に短時間の間に招来することになり、生体電
気現象の高精度な測定を長時間にわたって行うことが困
難であるという問題がある。

【００１６】また、この導電性高分子ゲルの生体用電極
では、導電性高分子ゲルの粘着性が低いため、電極素子
の接着性が悪く剥離したり、また使用中に皮膚等から剥
離したり、或いは皮膚との間にホットスポットを生じさ
せる可能性が高く、これらの剥離やホットスポットを防
止するため、被測定者の動作の自由度を制限させること
が必要にもなっている。

【００１７】一方、特公平２−３２８９２号公報には、
非電解質系の基材から形成されたマトリクスを用いたも
のとして、多価アルコールを主成分とする非揮発性の導
電性液体を保持したマトリクスの導電性高分子ゲルが開
示されている。ところが、この導電性高分子ゲルを用い
た生体用電極は、天然高分子に代わる安定したマトリク
スを得るために皮膚との接着性、乾燥性に主点をおいて
発明された生体用電極構成であり、電解質を安定化させ
る溶媒についての考慮がなされていない。つまり、ゲル
体のインピーダンスや電極素子との接触インピーダンス
についての考慮がなされていないため、安易に構成ポリ
マーや天然ゴムと混合している。即ち、生体電気現象の
高精度な測定を行なうことが困難であった。

【００１８】本発明者らは、鋭意検討の結果、電解質系
のポリマーにより形成された３次元マトリクスからなる
導電性高分子ゲルは、電極素子との電気的（電気化学
的）な反発が生じ、ゲル−電極素子界面でのイオンの受
け渡しが不十分であるため、電極素子でイオンと自由電
子との交換が充分に行なえず、結果として接触インピー
ダンスが増大することによって、電極そのもののインピ
ーダンスが増大し、生体電気現象の高精度な測定が困難
であることに気付き検討を進めた。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る生
体用電極は、上記の課題を解決するために、架橋された
ポリアクリルアミド系高分子中に、水および多価アルコ
ールを主成分として電解質塩が含有された導電性高分子
ゲルと電極素子とからなることを特徴としている。

【００２０】また、請求項２の発明に係る生体用電極
は、上記の課題を解決するために、少なくともエポキシ
架橋剤により架橋されたポリアクリルアミド系高分子中
に、水および湿潤剤を主成分として電解質塩が含有され
た導電性高分子ゲルと電極素子とからなることを特徴と
している。

【００２１】また、請求項３の発明に係る生体用電極
は、上記の課題を解決するために、電極素子と、上記電
極素子に接続された接続端子となるホックと、上記ホッ
クおよび上記電極素子により挟まれた非導電性支持部材
と、上記非導電性支持部材の全面に貼着され、架橋され
たポリアクリルアミド系高分子中に、水および多価アル
コールを主成分として電解質塩が含有された導電性高分
子ゲルとを備えていることを特徴としている。

【００２２】

【作用】請求項１ないし請求項３の構成によれば、生体
用電極に用いられている導電性高分子ゲルは、アクリル
アミド系の構成ポリマーが水溶性であると共に非電解質
であるため、例えばＡｇ／ＡｇＣｌやカーボン等からな
る電極素子との電気的な反発が少なく、接触時のインピ
ーダンスが増大しない。さらに、仮に、アミド基がゲル
体中で水和され、プロトンの移動が生じたとしても、電
極素子である金属（例えばＡｇ）と下記の化学式の反応
系が存在することが推察される。

【００２３】

【化１】

【００２４】また、生体用電極は、電解質塩を導電性高
分子ゲルに介在させることにより、導電性高分子ゲルと
電極素子との電気的な接合性が良好であり、かつインピ
ーダンスが低下したものになっているため、生体電気信
号の高精度な測定を行うことが可能になっている。

【００２５】さらに、導電性高分子ゲルに含有された多
価アルコールが、導電性高分子ゲルの乾燥性を低下さ
せ、乾燥に伴うインピーダンスの増大を防止するため、
生体電気現象の高精度な測定を長時間にわたって行うこ
とが可能になっている。

【００２６】また、請求項２の構成によれば、生体用電
極に用いられている導電性高分子ゲルには、エポキシ架
橋剤が含まれているので、下記の化学式に示すように、
上記のエポキシ架橋剤によるエポキシ架橋により架橋間
距離を調整することによって、ゲルの伸び性が良好にさ
れていると共に、粘着性が増大されている。

【００２７】

【化２】

【００２８】よって、使用中に皮膚から剥離したり、あ
るいは皮膚との間にホットスポットを生じさせる可能性
が低いため、被測定者の動作の自由度を増大させた状態
で高精度な測定を行うことが可能になっている。

【００２９】

【実施例】本発明の一実施例について図１ないし図６に
基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００３０】本実施例に係る生体用電極は、アクリルア
ミド系のモノマー配合液を重合開始剤によって重合架橋
した導電性高分子ゲルと、例えばＡｇ／ＡｇＣｌ、ある
いはカーボンからなり、上記導電性高分子ゲルを介して
生体と電気的に接合される電極素子とから構成されてい
る。上記のモノマー配合液は、アクリルアミド系モノマ
ー（アクリルアミド系の重合性単量体）、アクリルアミ
ド系の共重合型の架橋性単量体、電解質中性塩類、湿潤
剤、および水を少なくとも含んでおり、乾燥性の低下し
た導電性高分子ゲルを得る場合には、湿潤剤として多価
アルコールが用いられるようになっている。また、粘着
性の増大した導電性高分子ゲルを得る場合には、アクリ
ルアミドモノマーにおける側鎖のアミド基と反応性を有
するエポキシ架橋剤が上記のモノマー配合液に添加され
るようになっている。尚、導電性高分子ゲルには、必要
に応じて、防腐剤、殺菌剤、安定剤、香料、界面活性剤
等が添加されていても良い。

【００３１】上記のアクリルアミド系モノマーには、水
溶性であると共に非電解質のアクリルアミドやメタクリ
ルアミド等のモノマーを用いることができる。また、架
橋性単量体には、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミ
ド、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスメタクリルアミド、Ｎ，
Ｎ’−エチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−エチレ
ンビスメタクリルアミド、１，２−ジアクリルエチレン
グリコールや、ジ（トリ、ポリ）アクリレート類を用い
ることができる。また、電解質中性塩類には、塩化ナト
リウム等の全ての塩類を用いることができるが、価数が
多く且つ分子量が小さい塩類が好ましい。特に、Ａｇ／
ＡｇＣｌからなる電極素子を用いた場合には、上記の価
数が多く且つ分子量が小さい塩化物が望ましい。

【００３２】また、湿潤剤には、単糖類、多糖類、およ
びソルビトール、グリコール、グリセリン等の多価アル
コールを用いることができる。重合架橋する方法は、特
に限定されないが、ラジカル重合開始剤を用いる場合に
は、アゾビスシアノ吉草酸、アゾビスアミジノプロパン
二塩酸塩等のアゾ系重合開始剤を用いることができると
共に、硫酸第一鉄、亜二チオン酸、ピロ亜硫酸塩等の還
元剤と、過酸化水素、ペルオキソ二硫酸塩等の過酸化物
とからなるレドックス開始剤も用いることができる。こ
れらのアゾ系重合開始剤およびレドックス開始剤は、必
要に応じて単独または混合して使用しても良い。また、
紫外線等の照射によって重合させても良い。

【００３３】さらにエポキシ架橋剤には、エチレングリ
コールジグリシジルエーテル（１１２ＷＰＥ）、ポリエ
チレングリコールジグリシジルエーテル（ｎ＝２；１５
０ＷＰＥ、ｎ＝４；１９５ＷＰＥ、ｎ＝９；２８０ＷＰ
Ｅ、ｎ＝１３；４００ＷＰＥ、ｎ＝２２；６００ＷＰ
Ｅ）、トリグリシジル２ヒドロキシエチルイソシアヌレ
ート（２５０ＷＰＥ）、トリメチロールプロパンポリグ
リシジルエーテル（１４０ＷＰＥ）、グリセリンポリグ
リシジルエーテル（１５０ＷＰＥ）、ソルビトールポリ
グリシジルエーテル（１７０ＷＰＥ）等を用いることが
できる。尚、エポキシ架橋剤は、２００ＷＰＥ以上のエ
ポキシ当量数を有するものが特に好ましい。

【００３４】上記の導電性高分子ゲルにおけるアクリル
アミド系モノマーの組成率は、１３〜２５重量％の範囲
に設定されていることが望ましい。このように、アクリ
ルアミド系モノマーの組成率の下限を１３重量％とした
理由は、アクリルアミド系モノマー量を１３重量％未満
にして導電性高分子ゲルを作成した場合、ゲル中に占め
る高分子主鎖の割合が低すぎるため充分に腰強度の大き
なゲル体を得ることができず、ゲル体の網目構造中に封
じ込められた電解液を安定な状態に維持することが困難
となるためである。一方、アクリルアミド系モノマーの
組成率の上限を２５重量％とした理由は、２５重量％を
超えたアクリルアミド系モノマー量で導電性高分子ゲル
を作成した場合、ゲル強度が高く、かつ腰強度の大きな
ゲル体を得ることができる反面、ゲル体の網目構造が密
になりすぎて、粘着性能が低下すると共に、網目中に封
じ込めることができる電解液の絶対量が低いため、目的
とする低インピーダンスの生体用電極を作成することが
困難になるためである。

【００３５】また、導電性高分子ゲルにおける架橋性単
量体の組成率は、0.３重量％以下であることが望まし
い。これは架橋性単量体の組成率が0.３重量％よりも多
くなると、主鎖間を結ぶ網目架橋点が増大し、見掛け
上、ゲル強度の高いゲル体が得られるが、ゲル体の脆さ
（切断性）が増大し、引っ張りや圧縮による切断および
破壊が生じ易くなるためである。また、架橋点の増大が
主鎖の疎水化を増大させ、網目構造中に封じ込めた電解
液を安定な状態に保持することを困難にし、ゲル体から
電解液を分離させ易くするためであり、さらに、架橋点
の増大による主鎖の自由度の低下によって皮膚の動きに
対する追従性が低下するためである。

【００３６】また、導電性高分子ゲルにおける湿潤剤の
組成率は、２０〜６５重量％の範囲に設定されているこ
とが望ましい。このように湿潤剤の組成率の下限を２０
重量％とした理由は、湿潤剤が２０重量％未満の場合、
ゲル体の乾燥性能が低下して経時安定性が得られず、生
体電位の測定時に生体用電極のインピーダンスが増大し
て徐々に測定精度が低下し、高精度な測定を長時間にわ
たって実施できないためである。一方、湿潤剤の組成率
の上限を６５重量％とした理由は、ゲル体が６５重量％
を超える湿潤剤を有した場合、良好な保水性能（乾燥性
の遅延）を得ることができる反面、湿潤剤がゲル体を構
成する網目構造中に充分に保持されなくなり、ゲル体か
らブリードして粘着性を低下させるためである。さら
に、相対的に水分量が低くなりすぎて、目的とする低イ
ンピーダンスの生体用電極を作成することが困難になる
ためである。

【００３７】また、導電性高分子ゲルにおける電解質中
性塩類の組成率は、２〜１５重量％で、特に好ましくは
２〜８重量％の範囲に設定されることが望ましい。これ
は、電解質中性塩類が水分量との相関関係において、ゲ
ル体のインピーダンスに密接に関係し、生体用電極の性
能を決定する主要な構成材料であり、組成率が２重量％
未満の場合、インピーダンスが高すぎて目的とする低イ
ンピーダンスの生体用電極が得られないためである。一
方、組成率が１５重量％を超える場合には、水分量との
関係で、電離限界を超えるため、不要な添加となり、他
の構成部材の比率を低下させるだけで好ましくない。

【００３８】また、導電性高分子ゲルを構成する水は、
組成率が２０〜５０重量％で、特に好ましくは３０〜５
０重量％の範囲に設定されることが望ましい。これは、
組成率が２０重量％未満である場合、極めて高密度な高
分子体であるが、ゲル体中の水分量が少なすぎるため、
良好な導電体にならず高インピーダンスのゲル体となる
ためである。一方、組成率が５０重量％を超える場合に
は、導電性は良好であるが、水が網目中に安定しなくな
って保水性能が低下し、生体電位の測定時に生体用電極
の電気特性が不安定となり、測定精度が低下し、高精度
な測定を長時間にわたって実施できないためである。

【００３９】また、本実施例の生体用電極に使用される
電極素子は、導出用電極として用いる場合には、ＡＢＳ
(Acrylonitorile Butadiene Styrene)樹脂等の合成樹脂
にＡｇ／ＡｇＣｌ粉末をコーティングしたもの、あるい
はＰＥＴ(Polyethylene Terephthalate)等のプラスチッ
クシート上にＡｇ／ＡｇＣｌ、カーボンペーストをコー
ティングしたものが望ましい。一方、刺激用電極に用い
る電極素子は、導電性ゴム等が望ましい。これら電極素
子材料を使用することにより、生体用電極は、電気的特
性が安定になると共に、軽量化され被測定者に対する負
担が軽減される。

【００４０】上記の構成において、アクリルアミド系の
導電性高分子ゲルを用いた生体用電極（実施例１〜
７）、およびアクリル酸ナトリウム系の導電性高分子ゲ
ルを用いた生体用電極（比較例１・２）の電気的特性を
ＡＮＳＩ(American National Standard Institute)／Ａ
ＡＭＩ(Association of the Advancement of Medical I
nstrumentation) 規格に従い測定し、両者の電気的特性
の違いを明らかにした。

【００４１】まず、重合性を有する単量体としての４０
％アクリルアミドモノマー水溶液（Ａ₁）ｗｔ％と、架
橋性単量体としての粉末状のＮ，Ｎ’−メチレンビスア
クリルアミド（Ｂ₁）ｗｔ％と、多価アルコールである
グリセリン（Ｃ₁）ｗｔ％と、電解質中性塩類としての
塩化ナトリウム（Ｄ₁）ｗｔ％とを秤量し、溶媒として
の水を残りのｗｔ％加えて混合および溶解することによ
って、無色透明のモノマー配合液を作成した。

【００４２】この後、上記のモノマー配合液に、重合開
始剤としての４％ペルオキソ二硫酸カリウム水溶液（Ｅ
₁）ｗｔ％と、２％ピロ亜硫酸カリウム水溶液（Ｆ₁）
ｗｔ％とを混合し、８５℃の温度に加熱して、導電性高
分子ゲルを作成した。そして、図１（ａ）（ｂ）に示す
ように、この導電性高分子ゲル１を、非導電性支持部材
である表面材２を挟んで、リード線との接続端子となる
金属製のホック４により固定した、Ａｇ／ＡｇＣｌから
なる電極素子３に貼着し、さらに、導電性高分子ゲル１
を囲むように、上記表面材２に固定用粘着シート５を貼
着することにより生体用電極６を作成した。

【００４３】そして、上記導電性高分子ゲルの各組成の
重量％（Ａ₁）（Ｂ₁）（Ｃ₁）（Ｄ₁）（Ｅ₁）（Ｆ
₁）を表１に示すように変更して、７種類の導電性高分
子ゲルを作成し、これらの導電性高分子ゲルを用いて実
施例１〜７に係る生体用電極を作成した。そして、上記
実施例１〜７に係る各生体用電極の電気的特性を上記の
方法により測定した。この測定結果を表２に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】次に、実施例１〜７に係る生体用電極の導
電性高分子ゲルに含まれる４０％アクリルアミド水溶液
（Ａ₁）に代えて、４８％アクリル酸ナトリウム水溶液
（Ａ'₁）ｗｔ％を用いると共に、上記導電性高分子ゲル
におけるその他の各組成（Ｂ₁）・（Ｃ₁）・（Ｄ₁）
・（Ｅ₁）・（Ｆ₁）および上記（Ａ'₁）の重量％を表
３に示すようにそれぞれ変更して、２種類の導電性高分
子ゲルを作成した。そして、各導電性高分子ゲルを用い
て、上記実施例１〜７と同様の構成の生体用電極を作成
し、比較例１・２として、各生体用電極の電気的特性を
上記と同様の方法により測定した。この測定結果を表４
に示す。

【００４７】

【表３】

【００４８】

【表４】

【００４９】以上の測定結果から、例えば電極対インピ
ーダンスが、実施例１〜７に係る生体用電極では９８〜
１４５Ωであるのに対して、比較例１・２では３４０・
３７０であるというように、実施例１〜７で示されるア
クリルアミド系の導電性高分子ゲルを用いた生体用電極
は、比較例１・２で示されるアクリル酸ナトリウム系の
導電性高分子ゲルを用いた生体用電極よりも、低いイン
ピーダンスを有する等、優れた電気的特性を有している
ことが明らかになった。これにより、アクリルアミド系
の導電性高分子ゲルを用いた上記各実施例の生体用電極
は、アクリル酸ナトリウム系の導電性高分子ゲルを用い
た生体用電極よりも、生体電気現象を高精度に測定でき
ることが明らかになった。

【００５０】次に、多価アルコールを有するアクリルア
ミド系の導電性高分子ゲルを用いた生体用電極（実施例
３・５）およびアクリルアミド／シュークロース系マト
リクスの導電性高分子ゲルを用いた生体用電極（比較例
３・４）の電極対インピーダンスの経日変化を測定し、
両者の違いを明らかにした。

【００５１】まず、比較例３・４となるアクリルアミド
／シュークロース系マトリクスの導電性高分子ゲルを用
いた生体用電極を下記の方法により作成した。即ち、粉
末状のアクリルアミドモノマー（純分１００％）１５ｗ
ｔ％と、架橋性単量体としての粉末状のＮ，Ｎ’−メチ
レンビスアクリルアミド0.０４ｗｔ％と、粘着性付与剤
としての粉末状のシュークロース２５ｗｔ％とを秤量
し、５7.４６ｗｔ％の水に加えて混合および溶解するこ
とによって、モノマー配合液を作成した。

【００５２】この後、上記のモノマー配合液に、重合開
始剤としての1.００ｗｔ％の２％ペルオキソ二硫酸アン
モニウム水溶液（純分0.０２％）と、1.５０ｗｔ％の２
％テトラメチルエチレンジアミン水溶液（純分0.０３
％）とを加えて混合し、室温にて１時間重合架橋して導
電性高分子ゲルを作成した。この導電性高分子ゲルに電
極素子を貼着する等、上記実施例１〜７と同様の構成の
生体用電極を作成し、これを比較例３とした。

【００５３】次いで、アクリルアミドモノマーを１5.０
ｗｔ％と、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドを0.
０３ｗｔ％と、シュークロースを３３ｗｔ％とを秤量
し、４9.４７ｗｔ％の水に加えて混合および溶解するこ
とによってモノマー配合液を作成し、上述と同様の方法
によって導電性高分子ゲルを作成した。この導電性高分
子ゲルに電極素子を貼着する等、上記と同様の構成の生
体用電極を作成し、これを比較例４とした。

【００５４】次に、表１の各組成率で構成される導電性
高分子ゲルを用いた実施例３・５の生体用電極と、上記
の比較例３・４の生体用電極とを、気温２３℃および湿
度６５％の条件下に静置し、重量（％）の経日変化およ
び電極対インピーダンス（Ω）の経日変化を測定し、両
者の違いを明らかにした。また、これらの測定と同時
に、各生体用電極に用いられている導電性高分子ゲルに
おける遊離残存モノマー率（Ｑ）ｐｐｍを高速液体クロ
マトグラフィーによって測定した。上記の重量（％）の
測定結果を表５に示し、電極対インピーダンスおよび遊
離残存モノマー率（Ｑ）ｐｐｍの測定結果を表６に示
す。尚、表中の‘−’は、測定不能を示す。

【００５５】

【表５】

【００５６】

【表６】

【００５７】上記の表５および表６に示す測定結果をグ
ラフ化すると、図２および図３に示すようになり、多価
アルコール類を含有していない導電性高分子ゲルを用い
た生体用電極（比較例３・４）の方が、多価アルコール
を有する導電性高分子ゲルを用いた生体用電極（実施例
３・５）よりも乾燥する速度が大きくなっている。そし
て、比較例３・４は、電極対インピーダンスが乾燥に伴
って極めて短時間の内に急増するのに対し、実施例３・
５は、電極対インピーダンスが低い値を長時間にわたり
維持していることが確認された。これにより、本実施例
の生体用電極は、アクリルアミド／シュークロース系マ
トリクスの導電性高分子材料を用いた生体用電極より
も、生体電気現象の高精度な測定を長時間にわたって行
うことが可能であることが明らかになった。

【００５８】また、比較例３・４の遊離残存モノマー率
（Ｑ）ｐｐｍは、２4,０００〜１8,０００ｐｐｍに達し
ているのに対し、実施例３・５の遊離残存モノマー率
（Ｑ）ｐｐｍは、測定装置の検出限界（２０ｐｐｍ）以
下である。この際、アクリルアミドモノマー配合液を重
合架橋して作成した導電性高分子ゲルは、アクリルアミ
ドモノマーが特定化学物質に該当するため、遊離残存モ
ノマー率を好ましくは１００ｐｐｍ以下（特に好ましく
は５０ｐｐｍ以下）に低減することが必要になってい
る。したがって、アクリルアミド／シュークロース系マ
トリクスの導電性高分子ゲルを用いた比較例３・４の生
体用電極は、生体に対して安全性が低いが、本実施例の
生体用電極は、極めて安全性の高いことも確認された。

【００５９】次に、粘着力が高く、乾燥性が低減された
非電解質系マトリクスの導電性高分子ゲルの作成を下記
のごとく試みた。

【００６０】即ち、ポリアクリルアミドの３０ｗｔ％
と、グリセリンの６８ｗｔ％と、Ｎ，Ｎ’−メチレンビ
スアクリルアミドの１．０ｗｔ％と、塩化ナトリウムの
１．０ｗｔ％とからなる成分を混合し、ゲル生成を試み
た。ところが、白色のポリアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−
メチレンビスアクリルアミド、塩化ナトリムが溶解せず
に浮遊するのみで全く溶解せずゲル生成が不可能であっ
た。

【００６１】また、上記配合のポリアクリルアミドに代
えてアクリルアミドを同様に配合したが、結果は同様で
あった。

【００６２】次に、アクリルアミドの３０ｗｔ％と、カ
ラヤゴムの１５ｗｔ％と、グリセリンの５０ｗｔ％と、
Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドの２．５ｗｔ％
と、塩化ナトリウムの２．５ｗｔ％とを成分ａとし、こ
の成分ａを混合、加熱したが、グリセリン液中に白色の
アクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミ
ド、塩化ナトリウム、黄色のカラヤゴムが溶解せずに浮
遊し、カラヤゴムが一部膨張するのみで全く溶解せず、
ゲル生成が不可能であった。

【００６３】さらに、この成分ａ中に、過硫酸カリウム
の０．１０ｇと、ピロ亜硫酸ナトリウムの０．１０ｇと
からなる成分ｂを混合したが、同様にゲルが生成せず、
界面で一部樹脂塊が生成するのみであった。

【００６４】即ち、前記の非電解質系マトリクスの導電
性高分子ゲルを生成することは不可能であり、前記ゲル
を用いて生体用電極を作成し、電極性能を評価すること
は不可能であった。

【００６５】尚、上記の実施例では、図１（ａ）（ｂ）
に示すような生体用電極を例に挙げ説明したが、本発明
が適用される生体用電極の形態は、上記の実施例に限定
されるものではなく、例えば図４（ａ）（ｂ）に示すよ
うなカーボンからなる電極素子１３およびリード線１１
を用いた生体用電極１６でも良い。この生体用電極１６
は、非導電性支持部材１２の下面側に、リード線１１と
接続された電極素子１３が貼着され、さらに電極素子１
３を覆うように導電性高分子ゲル１が貼着され、電極素
子１３および導電性高分子ゲル１を囲むように、上記非
導電性支持部材１２に固定用粘着シートが配設された構
成となっている。上記生体用電極１６は、電極素子１３
およびリード線１１がカーボンからなっているため、胸
部Ｘ線撮影等においても影にならない電極として使用可
能である。

【００６６】次に、エポキシ架橋剤を含んだ導電性高分
子ゲルを用いた生体用電極（実施例８〜１４）、エポキ
シ架橋剤または架橋性単量体を含まない導電性高分子ゲ
ルを用いた生体用電極（比較例５〜８）、およびアクリ
ルアミド／シュークロース系マトリクスの導電性高分子
ゲルを用いた生体用電極（比較例９〜１２）の電気的特
性および粘着力をそれぞれ測定し、各々の違いを明らか
にした。

【００６７】まず、重合性を有する単量体としての４０
％アクリルアミドモノマー水溶液（Ａ₂）ｗｔ％と、架
橋性単量体としての粉末状のＮ，Ｎ’−メチレンビスア
クリルアミド（Ｂ₂）ｗｔ％と、エポキシ架橋剤として
のポリエチレングリコールジグリシジルエーテル（ｎ＝
２２；６００ＷＰＥ）（Ｃ₂）ｗｔ％と、湿潤剤として
の多価アルコールであるグリセリン（Ｄ₂）ｗｔ％と、
電解質中性塩類としての塩化ナトリウム（Ｅ₂）ｗｔ％
とを秤量し、溶媒としての水を残りのｗｔ％加えて混合
および溶解することによって、無色透明のモノマー配合
液を作成した。

【００６８】この後、上記のモノマー配合液に、重合開
始剤としての４％ペルオキソ二硫酸カリウム水溶液（Ｆ
₂）ｗｔ％と、２％ピロ亜硫酸カリウム水溶液（Ｇ₂）
ｗｔ％とを混合し、８５℃の温度に加熱して導電性高分
子ゲルを作成した。そして、図５（ａ）（ｂ）に示すよ
うに、得られた導電性高分子ゲル２１を、前記実施例１
〜７の生体用電極と同様のホック４およびＡｇ／ＡｇＣ
ｌからなる電極素子３により挾まれた非導電性支持部材
２２の下面側全面に貼着することにより、生体用電極２
６を作成した。

【００６９】そして、上記導電性高分子ゲルの各組成の
重量％（Ａ₂）（Ｂ₂）（Ｃ₂）（Ｄ₂）（Ｅ₂）（Ｆ
₂）を表７に示すように各々変更して、７種類の導電性
高分子ゲルを作成し、これらの導電性高分子ゲルを用い
て実施例８〜１４に係る生体用電極をそれぞれ作成し
た。そして、得られた生体用電極の電気的特性を上述の
方法によりそれぞれ測定した。この測定結果を表８に示
す。

【００７０】

【表７】

【００７１】

【表８】

【００７２】次に、各実施例８〜１４の生体用電極を用
いて、垂直引っ張り試験法（治具先端１２ｍｍφ円柱、
材質ＳＵＳ）による粘着力（Ｈ）ｇを測定すると共に、
ＪＩＳ粘着テープ・粘着シート試験方法Ｚ０２３７−１
９８０に記載の９０度引き剥がし法によって粘着力
（Ｉ）ｇを測定した。また、これらの測定と同時に、遊
離残存モノマー率（Ｑ）ｐｐｍを高速液体クロマトグラ
フィーによってそれぞれ測定した。この測定結果を表９
に示す。

【００７３】

【表９】

【００７４】次に、導電性高分子ゲルの各組成の重量％
（Ａ₂）・（Ｂ₂）・（Ｃ₂）・（Ｄ₂）・（Ｅ₂）・
（Ｆ₂）・（Ｇ₂）を表１０に示すように変更して、エ
ポキシ架橋剤を除いた導電性高分子ゲルや、架橋性単量
体としてのＮ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミドを除
いた導電性高分子ゲルを計４種類作成した。尚、比較例
７・８の生体用電極を作成するため、架橋性単量体を除
いて作成したものについては、ゲルを生成できなかっ
た。生成可能であった導電性高分子ゲルを用いて、生体
用電極をそれぞれ作成し、比較例５・６とした。そし
て、これらの生体用電極の電気的特性を上記と同様の方
法により測定した。この測定結果を表１１に示す。

【００７５】

【表１０】

【００７６】

【表１１】

【００７７】また、比較例５・６の生体用電極を用い
て、上述の方法で粘着力（Ｈ）・（Ｉ）ｇを測定した。
この測定結果を表１２に示す。

【００７８】

【表１２】

【００７９】次に、アクリルアミド／シュークロース系
マトリクスの導電性高分子ゲルを用いた生体用電極（比
較例９〜１２）を作成し、電気的特性および粘着力を測
定した。

【００８０】即ち、重合性を有する単量体としての粉末
状のアクリルアミドモノマー（純分１００％）（Ａ₂）
ｗｔ％と、架橋性単量体としての粉末状のＮ，Ｎ’−メ
チレンビスアクリルアミド（Ｂ₂）ｗｔ％と、粘着性付
与剤としての粉末状のシュークロース（Ｊ）ｗｔ％とを
秤量し、（Ｋ）ｗｔ％の水に加えて混合および溶解する
ことによって、モノマー配合液を作成した。

【００８１】この後、上記のモノマー配合液に、重合開
始剤としての（Ｌ）ｗｔ％の２％ペルオキソ二硫酸アン
モニウム水溶液と、（Ｍ）ｗｔ％の２％テトラメチルエ
チレンジアミン水溶液とを加えて混合し、室温にて１時
間重合架橋して導電性高分子ゲルを作成した。この導電
性高分子ゲルに電極素子を貼着する等、前記実施例８〜
１５と同様の構成の生体用電極を作成した。

【００８２】そして、導電性高分子ゲルの各組成率（Ａ
₂）・（Ｂ₂）・（Ｊ）・（Ｋ）・（Ｌ）・（Ｍ）ｗｔ
％を表１３に示すようにそれぞれ変更して、４種類の導
電性高分子ゲルを作成し、得られた導電性高分子ゲルを
用いて、比較例９〜１２の生体用電極を作成し、上述の
方法により電気的特性を測定した。また、この測定結果
を表１４に示す。

【００８３】

【表１３】

【００８４】

【表１４】

【００８５】次に、上記比較例９〜１２の生体用電極を
用いて、上述の方法で粘着力（Ｈ）・（Ｉ）ｇを測定す
ると共に、遊離残存モノマー率（Ｑ）ｐｐｍを高速液体
クロマトグラフィーによって測定した。また、これらの
測定結果を表１５に示す。

【００８６】

【表１５】

【００８７】以上の測定結果から、実施例８〜１４に係
る生体用電極の各電気的特性は、エポキシ架橋剤を除い
た導電性高分子ゲルを用いた比較例５・６に係る生体用
電極の各電気的特性と略同等であることから、エポキシ
架橋剤の有無によって電気的特性が変化しないことが明
らかになった。

【００８８】また、実施例８〜１４の粘着力（Ｈ）・
（Ｉ）ｇが３５１〜４４８ｇ・７８〜２１７ｇであるの
に対し、エポキシ架橋剤を除いた比較例５・６・９〜１
２の粘着力（Ｈ）・（Ｉ）ｇは１１２〜１５８ｇ・２１
〜３２ｇとなっており、実施例８〜１４の粘着力（Ｈ）
・（Ｉ）ｇは、比較例５・６・９〜１２の粘着力（Ｈ）
・（Ｉ）ｇの２倍以上に達している。したがって、生体
用電極は、エポキシ架橋剤を有することによって、低い
インピーダンスを保持した状態で高い粘着性を有してい
ることが明らかになった。

【００８９】また、比較例９〜１２の遊離残存モノマー
率（Ｑ）は、１8,０００〜２4,０００ｐｐｍに達してい
るのに対し、実施例８〜１４の遊離残存モノマー率
（Ｑ）は、測定装置の検出限界（２０ｐｐｍ）以下であ
る。したがって、アクリルアミド／シュークロース系マ
トリクスの導電性高分子ゲルを用いた比較例９〜１２の
生体用電極は、生体に対しての安全性が低いが、本実施
例８〜１４の生体用電極は、極めて安全性の高いことも
確認された。

【００９０】尚、エポキシ架橋剤を含む導電性高分子ゲ
ルを用いた生体用電極の形態としては、上記した図５
（ａ）（ｂ）に示すものに限定されるものではなく、例
えば、図６（ａ）（ｂ）に示すような、カーボン等から
なる電極素子３１の下面全体に導電性高分子ゲル２１が
貼着され、電極素子３１に接続されたリード１１を有す
る生体用電極３６においても、本発明の適用が可能であ
る。

【００９１】

【発明の効果】請求項１の発明の生体用電極は、以上の
ように、架橋されたポリアクリルアミド系高分子中に、
水および多価アルコールを主成分として電解質塩が含有
された導電性高分子ゲルと電極素子とからなる構成であ
る。

【００９２】これにより、生体用電極の導電性高分子ゲ
ルに含まれるアクリルアミド系の構成ポリマーが水溶性
であり、かつ非電解質であると共に、電解質塩が含まれ
ているため、導電性高分子ゲルと、例えばＡｇ／ＡｇＣ
ｌやカーボン等からなる電極素子との電気的な接合性が
良好となって、インピーダンスが低下した生体用電極に
なり、さらに、導電性高分子ゲル中に含まれる多価アル
コールが、導電性高分子ゲルの乾燥速度を遅延させ、乾
燥に伴うインピーダンスの増大を防止するため、生体電
気現象の高精度な測定を長時間にわたって行うことが可
能であるという効果を奏する。また、電極対インピーダ
ンス以外にもＡＡＭＩ規格に規定する電極対電圧、直流
印加電圧、除細動耐性において良好なものであり、従来
のものより優れたものである。

【００９３】また、請求項２の発明に係る生体用電極
は、以上のように、少なくともエポキシ架橋剤により架
橋されたポリアクリルアミド系高分子中に、水および湿
潤剤を主成分として電解質塩が含有された導電性高分子
ゲルと電極素子とからなる構成である。

【００９４】これにより、請求項１の発明の効果に加え
て、エポキシ架橋剤によって粘着性が増大したものにな
っていることから、使用時の皮膚からの剥離等が生じ難
くなり、被測定者の動作の自由度を拡大させることが可
能であるという効果を奏する。

【００９５】また、請求項３の発明に係る生体用電極
は、以上のように、電極素子と、上記電極素子に接続さ
れた接続端子となるホックと、上記ホックおよび上記電
極素子により挟まれた非導電性支持部材と、上記非導電
性支持部材の全面に貼着され、架橋されたポリアクリル
アミド系高分子中に、水および多価アルコールを主成分
として電解質塩が含有された導電性高分子ゲルとを備え
ている構成である。

【００９６】これにより、生体用電極の導電性高分子ゲ
ルに含まれるアクリルアミド系の構成ポリマーが水溶性
であり、かつ非電解質であると共に、電解質塩が含まれ
ているため、導電性高分子ゲルと、例えばＡｇ／ＡｇＣ
ｌやカーボン等からなる電極素子との電気的な接合性が
良好となって、インピーダンスが低下した生体用電極に
なり、さらに、導電性高分子ゲル中に含まれる多価アル
コールが、導電性高分子ゲルの乾燥速度を遅延させ、乾
燥に伴うインピーダンスの増大を防止するため、生体電
気現象の高精度な測定を長時間にわたって行うことが可
能であるという効果を奏する。また、電極対インピーダ
ンス以外にもＡＡＭＩ規格に規定する電極対電圧、直流
印加電圧、除細動耐性において良好なものであり、従来
のものより優れたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における生体用電極を示す
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図２】重量の経日変化を示すグラフである。

【図３】インピーダンスの経日変化を示すグラフであ
る。

【図４】本発明の他の実施例における生体用電極を示す
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図５】本発明のさらに他の実施例における生体用電極
を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図６】本発明のさらに他の実施例における生体用電極
を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【符号の説明】

１・２１導電性高分子ゲル３・１３電極素子６・１６・２６・３６生体用電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者東孝奈良県奈良市三条桧町28−１ (72)発明者藤田健二東京都小平市天神町１−57 日本電気三栄株式会社東京工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】架橋されたポリアクリルアミド系高分子中
に、水および多価アルコールを主成分として電解質塩が
含有された導電性高分子ゲルと電極素子とからなること
を特徴とする生体用電極。
【請求項２】少なくともエポキシ架橋剤により架橋され
たポリアクリルアミド系高分子中に、水および湿潤剤を
主成分として電解質塩が含有された導電性高分子ゲルと
電極素子とからなることを特徴とする生体用電極。
【請求項３】電極素子と、上記電極素子に接続された接続端子となるホックと、上記ホックおよび上記電極素子により挟まれた非導電性
支持部材と、上記非導電性支持部材の全面に貼着され、架橋されたポ
リアクリルアミド系高分子中に、水および多価アルコー
ルを主成分として電解質塩が含有された導電性高分子ゲ
ルとを備えていることを特徴とする生体用電極。